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Motoren- und Fahrzeugbau
Moin,
Ich habe hier einmal einen Beitrag gestartet, der allen Cracks die Möglichkeit geben soll, sich untereinander mit den Kleinheiten eines Motors und Autos auseinandersetzen zu können.
Ohne damit andere Nutzer zu belästigen, denen das Fachchinesisch zu weit geht.
Natürlich ist jeder eingeladen sich daran zu beteiligen und fleißig mitzudiskutieren oder etwas zu lernen.
Der Beitrag steht in "weitere Hersteller" weil hier nicht Einzellösungen diskutiert werden sollen, sondern weil möglichst viele Konzepte gezeigt werden sollen. Auch Ich möchte noch das ein oder andere mitnehmen.
MFG Kester
Moderator / Oldtimer - Motor-talk.de
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11 Antworten
Was ist ein Motor ?
Moin,
Ein Motor ist eine Wärmekraftmaschine.
Sie wandelt dabei gemäß den thermodynamischen Gesetzen Formen von Energie ineinander um.
In der Regel wird eine Form der Energiespeicherung (chemisch o.ä.) genutzt, diese Energie wird dann durch einen geeigneten Prozess (z.B. Verbrennung) in (nutzbare) Arbeit umgewandelt.
Der Anteil an Energie, der nicht zur Arbeit herangezogen werden kann, wird allgemein als Verlustenergie bezeichnet. Er besteht aus einem Entropiebeitrag und Abwärme.
Das Verhältnis von nutzbarer Energie zu verlorener Energie wird als Wirkungsgrad bezeichnet.
Es ist definiert als eta = |w| / q(b)
Wobei eta : Wirkungsgrad, |w| Absolutbetrag der geleisteten Arbeit und q(b) : Wärme
Da der zweite Hauptsatz der Thermodynamik verbietet das Wärme zu 100% in Arbeit umgewandelt werden kann, ist eta stets kleiner als 1.
Ein Idealer Motor
Den idealen Motor stellt eine Wärmekraftmaschine nach Carnot dar. Sie würde nach dem Carnotschen Kreisprozess arbeiten. Eine solche Wärmekraftmaschine würde aus zwei Wärmereservoirs (Ta und Tb, wobei Tb > Ta), einem Kolben und einem Gasraum bestehen. Der Gasraum ist mit einem idealen Gas gefüllt, der Kolben arbeitet Reibungsfrei. Zwischen dem Gasraum und den beiden Temperaturreservoirs befindet sich jeweils ein Wärmeisolator, dieser trennt die drei Bereiche der Wärmekraftmaschine voneinander. Es besteht jedoch die Möglichkeit, diese Isolation mit einem idealen Wärmeleiter zu überbrücken, so das Wärme fließen kann.
Wichtig ist dabei, das jeder der folgenden Schritte vollständig reversibel (Also komplett umkehrbar) ist.
Der erste Schritt wird als isotherme Expansion bezeichnet. Das Gas im Gasraum wird durch Tb vom Anfangsvolumen V1 gemäß pV=nRT auf V2 expandiert. Das Gas leistet dabei die Volumenarbeit w1, die Wärme q(b) wird dem Reservoir Tb entnommen. Die Änderung der inneren Energie DU1 ist unter den gewählten Bedingungen 0 und die geflossene Wärme q(b) = -w1.
Der zweite Schritt wird als adiabatische Expansion bezeichnet. Das Gas wird adiabatisch vom Volumen V2 auf das Volumen V3 expandiert. Dabei kühlt es sich bis auf Ta ab. Es leistet die Arbeit w2, q ist hier gleich 0, und DU2 = w2.
Der dritte Schritt wird als isotherme Kompression bezeichnet. Das Gas wird Isotherm bei der Ta vom Volumen V3 auf V4 komprimiert. Der Kolben verrichtet dabei die Arbeit w3, die Wärme q(a) wird an das Wärmereservoir mit Ta abgeführt. Analog zu Schritt 1 ist q(a) = -w3 und DU3=0.
Der vierte Schritt wird als adiabatische Kompression bezeichnet. Er läuft analog Schritt 2 ab. Wobei das Gas von Volumen V4 auf das Anfangsvolumen V1 komprimiert wird. Dabei steigt die Temperatur wieder auf Tb an.
Wer sich mit den thermodynamischen Begebenheiten beschäftigt stellt schnell fest, das diese Maschine nicht ewig laufen kann. Denn von der Anfänglich zugeführten Wärme q(b) wird nur ein Anteil q in nutzbare Arbeit umgewandelt.
MFG Kester
Motorbauformen : Reihenmotor
Am verbreitetsten im modernen Motorenbau ist der Reihenmotor. Bei ihm sind alle Zylinder in einer Reihe angeordnet.
z.B. :
-------------------------
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
-------------------------
Die überwiegende Anzahl an Reihenmotoren wird durch den 4-Zylinder-Reihenmotor gebildet. Der 3-Zylinder-Reihenmotor stellt einen Exoten dar, der aber immer attraktiver wird. Der Reihen-6-Zylinder gilt als Musterbeispiel der Laufruhe und wird oftmals zurecht als "König der Motoren" bezeichnet.
4-Zylinderreihenmotoren findet man bei nahezu allen Massenherstellern, 3-Zylinder Reihenmotoren werden von Opel, VW und Daihatsu in großer Stückzahl gebaut. Reihen-6-Zylinder werden in großer Stückzahl von BMW und Lexus verbaut. Reihenmotoren mit mehr als 6 Zylindern werden heutzutage nicht mehr gebaut, es gab jedoch auch Reihen-8- (Maserati, Mercedes-Benz) und 16-Zylinder (Cord, Cadillac).
Allen Reihenmotoren gemein ist, das die Kurbelwelle unter den Zylindern sitzt, und das sie nur einen Zylinderkopf benötigen (Es gibt auch Lösungen, da hat jeder Zylinder einen eigenen Kopf!) und das zur Steuerung des Motors nur 1 Nockenwelle benötigt wird, auch wenn heutzutage üblicherweise 2 Nockenwellen verwendet werden.
Der Reihenmotor gilt allgemein als robuste Lösung.
Reihen-3-Zylinder leiden prinzipbedingt unter Ihrer ungraden Zylinderzahl und damit verbunden einem schlechten natürlichen Motorlauf. Gleiches gilt im Prinzip für einen Reihen-5-Zylinder, jedoch in vermindertem Mass.
Ein Reihen-4-Zylinder besitzt eine besseren Motorlauf. Sinnvolle Zündfolgen für einen R-4-Zylinder sind 1-3-4-2 oder 1-2-4-3. Der Zündabstand (oder Zündversatz) beträgt 180° Drehung der Kurbelwelle.
Beim R-6-Motor gibt es 4 sinnvolle Zündfolgen : 1-5-3-6-2-4; 1-2-4-6-5-3; 1-4-2-6-3-5 und 1-4-5-6-3-2. Der Zündabstand beträgt 120°.
Bei einem R8 Motor gibt es noch mehr denkbare Zündfolgen, der Zündabstand betrüge nur noch 90°, bei einem R12 Motor sinkt dieser Abstand auf 60° und bei einem R16 auf nur noch 45°.
Viel Vergnügen beim posten !
Kester
Motorbauformen : V-Motor
Während der Reihen-Motor heutzutage die verbreitetste Motorbauform ist, stellt der V8 Motor den erfolgreichsten Motor aller Zeiten dar.
Bei einem V-Motor sind die Zylinder in zwei sogenannten Zylinderbänken angeordnet. In der Frontansicht bilden die beiden Bänke ein V.
Wichtiges Charakteristikum eines V-Motors ist der Zylinderwinkel, der zwischen den beiden Bänken gebildet wird. Die Kurbelwelle sitzt in allen Fällen am unteren Schnittpunkt der beiden Zylinderbänke. Die sich jeweils gegenüberliegenden Zylinder teilen sich jeweils einen Hubzapfen für die Kolben auf der Kurbelwelle.
Die Zahl und Anordnung von Nockenwellen ist beim V-Motor sehr variabel. Man kann eine Nockenwelle am oberen Schnittpunkt des V's montieren, und die Ventile in den Zylinderköpfen mittels Stößelstangen betätigen. Eine Lösung die insbesonder bei US-Motoren lange Zeit erste Wahl darstellte. Weiterhin kann man jeweils eine oder zwei Nockenwellen im Zylinderkopf verbauen.
Den besten Motorlauf unter den V-Motoren weisen V12-Motoren mit einem Zylinderwinkel von 180° auf. Ihr Laufverhalten ähnelt sehr stark dem eines Boxermotors und eines Reihen-6-Zylinders.
Ansonsten ist für einen V6 und einen V12 ein Zylinderwinkel von 60° am besten, für einen V8 ein Winkel vom 90° am besten für den Massenausgleich.
V-Motoren wurden bisher in sehr vielen Varianten erprobt. Ford und Lancia probierten sich am V4 bzw. VR4 Motor. Mit geringem Erfolg, wie man heutzutage feststellen muss.
Der V6 Motor wurde ebenfalls zuerst von Lancia realisiert, dieser zeigte jedoch noch starken Reihenmotoreinfluss. Er hat sich im Vergleich zum Reihen-6-Zylinder heutzutage durchgesetzt. Abgesehen von BMW baut jeder namhafte Hersteller V6-Motoren.
Der V8 Motor wurde von De Dion Bouton erstmals verwirklicht und erlangte durch Ford seinen Durchbruch in den USA.
Der V10 Motor gilt als problematisches Kind, da er viele konstruktive Probleme aufwirft. Attraktiv wurde er, da er in der Formel 1 seit Jahren Vorschrift ist.
Der V12 Motor ist sehr kultiviert und Kraftvoll, allerdings gilt die überwiegende Anzahl an V12 Motoren als nicht absolut vollgasfest, da sie oftmals an thermischen Problemen leiden.
In den 30er Jahren wurde vereinzelt auch mit V16 Motoren experimentiert. Doch hier zeigte sich, das der theoretisch verbesserte Laufcharakter schnell durch die unharmonische Kraftstoffversorgung gestört wurde, ein Problem das heutzutage sicherlich lösbar wäre, gegen einen solchen Motor spricht aber der rechnerisch immense Verbrauch.
V-Motoren haben eine wesentlich eingeschränktere Menge an möglichen Zündfolgen.
Ein V4 zündet nur nach 1-3-2-4 sinnvoll.
Ein V6 zündet entweder nach 1-2-5-6-4-3 oder 1-4-5-6-2-3, bei einem V8 bleiben 3 Zündfolgen übrig, 1-6-3-5-4-7-2-8; 1-5-4-8-6-3-7-2 oder 1-8-3-6-4-5-2-7.
MFG Kester
Motorbauformen : VR-Motor
Aloha,
Der VR-Motor stellt sozusagen die Kombination des Reihenmotors mit dem V-Motor dar.
Während der R-Motor lang und schmal ist, ist der V-Motor kurz und breit.
Da der VR-Motor beide Eigenschaften kombinieren kann, kann er kürzer als ein R-Motor werden und schmaler als ein V-Motor.
Der zentrale Unterschied zwischen einem V und einem VR-Motor ist, das bei einem VR-Motor jeder Kolben auf einen eigenen Hubzapfen der Kurbelwelle zugreift und nicht auf den gleichen, wie der V-Motor.
Dem VR-Konzept zuzuschreiben ist daher auch der "erste V6-Motor" der Welt, von Lancia. Streng genommen, handelt es sich bei Ihm um einen VR-Motor mit 60° Zylinderwinkel. Ebenfalls um einen VR-Motor handelte es sich bei der berühmten V6-Motorenfamilie von Ford.
Da das VR-Konzept mit solch einer Bauweise aber nicht im geringsten ausgenutzt wird, definiert man heutzutage wesentlich "enger". Im Allgemeinen bezeichnet man einen VR-Motor nur als VR-Motor, wenn der Zylinderwinkel so klein ist, das zur Steuerung beider Zylinderbänke ein Zylinderkopf ausreicht. Im allgemeinen wird das erreicht, wenn der Winkel kleiner als 22° ist.
Es ergibt sich damit ein V-Motor mit extrem engem Zylinderwinkel, so das die Zylinder in einer Reihe stehen und gegeneinander "verkippt" sind.
Nach diesem Konzept sind heutzutage die 6-Zylinder von VW (VR6, R32) und der 5-Zylinder Benziner (V5) konstruiert. Als W-Motor bezeichnet VW die Kombination von zwei VR-Motoren, so das sich aus zwei VR-Motoren ein W ergibt.
Erfinder des Konzeptes VR-Motor ist die Firma Lancia, die in den frühen 20er Jahren die ersten Modelle mit einem VR-Motor präsentierte.
Motorbauformen : Boxermotor
Der Boxermotor ist die älteste Motorenentwicklung zur Kombination mehrerer Zylinder. Erfunden und patentiert wurde er als 2-Zylinder-Contramotor durch Karl Benz.
Die Idee dahinter war, die Arbeitsleistung eines Motors in gleichmäßigen Abständen über eine Kurbelwellenumdrehung zu verteilen und so für eine harmonischere Leistungsabgabe zu sorgen und die Schwungmassen zum Ausgleich zu verkleinern.
Bei einem Boxermotor liegen sich jeweils zwei Zylinder in einer Ebene gegenüber und führen jeweils die gleichen Bewegungen aus. Dabei greifen sie in zwei separate Hubzapfen auf der Kurbelwelle.
Während der eine Zylinder sich im Verdichtungstakt befindet, pufft der gegenüberliegende Zylinder aus, während der eine Zylinder im Arbeitstakt ist, saugt der gegenüberliegend an.
Durch die synchrone Bewegung der Zylinder, kommt ein sehr guter Massenausgleich zustande. Der Grund dafür ist, das die Kurbelwelle zwischen beiden Zylindern liegt und eine Spiegelebene darstellt. Dadurch löschen sich nahezu alle Schwingungen und Massenmomente gegenseitig aus.
Nachteile des Boxerprinzips sind, das zwei Zylinderköpfe benötigt werden, der Motor verhältnismäßig breit wird und das die Ölversorgung des Motors problematisch ist. Ausserdem ist die Führung der Auspuffanlage schwieriger als bei den anderen Konzepten.
Als Vorteil ist der "sagenhaft" gute Motorlauf zu nennen, der sich durch die geringe Höhe ergebene tiefe Schwerpunkt des Motors.
Boxermotoren werden heutzutage nur noch von Subaru und Porsche angeboten. Bis Mitte der 90er Jahre hielt auch Alfa Romeo den Boxermotor noch in Ehren. Seinen größten Boom erlebte der Boxermotor im VW-Käfer, zu dessen sprichwörtlicher Zuverlässigkeit auch der Boxermotor seinen Beitrag leistete. Doch auch Firmen wie Mercedes-Benz (vor dem 2. Weltkrieg), Lancia (z.B. Gamma) und Citroen (z.B. GS) verbauten zeitweise Boxermotoren.
MFG Kester
Ich kenne zu diesem Thema eine sehr gute Seite:
Menü: Verschiedenes -> Moror Laufruhe
In einem anderen Punkt wird auch der Zusammenhang von Drehmoment und PS erklärt.
Was ich persönlich zu diesem Thema interessant finde: Welche Zukunft hat der Otto-, bzw Dieselmotor angesichts der begrenzten Erdölvorräte, die ja letzten Schätzungen zufolge bereits in 40 - 50 Jahren aufgebraucht sein sollen, geht man von einem gleich bleibenden Verbrauch aus. Zwar wird viel in Richtung von Motoren geforscht, die mit Wasserstoff betrieben werden, es soll bereits Lösungen dazu geben, doch offensichtlich hat sich noch keine davon durchgesetzt. Welche sinnvollen Alternativen gibt es also?
Moin,
Es gibt sicher eine Menge Seiten, die sich mit solchen Dingen beschäftigen. Aber egal welche Seite Ich bisher gefunden habe, alle gehen mit der einen oder anderen Prämisse an die Sache heran.
Daher der Ansatz, es abseits sämtlicher Lösungen zu besprechen. So daß halt NICHT die BMW, Porsche, VW-Lösung als Ultima Ratio dargestellt wird.
Und, wenn wer weitermachen täte ... werden wir sicherlich auch bald zu Alternativen Antriebskonzepten kommen.
Nur, ganz alleine mache Ich das hier nicht weiter. Da wechsel Ich eher dazu über, solche Dinge auf meiner Homepage zu verbauen, vorallem weil Ich dann auch Bilder einfügen kann.
MFG Kester
erklärt mir mal bitte noch mal den unterschied zwischen einem boxer-motor und einem 180° v-motor....(am besten so, wie´s der klaus von der s.m.d.m. erklären würde ;) )
@rotherbach
zum boxer....danke....wusste daß sich die gegenüberliegenden kolben aufeinander zu- und weg- bewegen, aber nicht daß die einzelnen takte versetzt sind...
habe mir auch noch ein paar gedanken gemacht :D (siehe bild)
-1- zeigt wohl den normalen aufbau eines boxermotors....
-2- zeigt einen boxermotor wie ich ihn mir vorstellen würde (die kolben würden sich exakt gegenüber liegen)
-gibt es solche boxermotoren- wenn ja __> wo?
---------------------------------- wenn nein> warum nicht?
(beide fragen beziehen sich auf beispiel 2 )
gruß
patronn-citron
bild vergessen....
Moin,
Wie schon gepostet ... Beim 180° V-Motor greifen die gegenüberliegenden Kolben auf den gleichen Hubzapfen zu.
Das heißt : der linke Kolben bewegt sich also nach aussen, der gegenüberliegende rechte Kolben nach innen.
Beim Boxer hat jeder Zylinder einen eigenen Hubzapfen, das heißt sie bewegen sich synchron nach AUSSEN oder nach INNEN.
Die Zylinder beim Boxer liegen sich gegenüber :
|==|------O-------|==|
|==| : Kolben
------- : Pleuel
O : Kurbelwelle
Aus deiner Zeichnung ... kann ich leider nichts großartiges entnehmen.
MFG Kester
P.S. : Ich schau mal nach, ob Ich irgendwo eine Zeichnung bekomme.
die diskussion welcher motorart am besten ist gabs irgendwo im forum schon mal....
...daher kenne ich den link ------- (wir sdnachgereicht) noch
werde versuchen eine bildliche entsprechung für meine gedanken zu finden....
(@rotherbach
ich denke, daß gerade dieser interessanter thread den bedarf eines ot-bereichs oder eines "generellen-bereichs" zeigt.....//
zum bereich "weitere hersteller" verirrt man sich meist nur wenn man regelmäßig am auto-raten-quiz teilnimmt.... )
gruß
patronn-citron